Les transistors à pérovskite de type p de Corée du Sud ont réalisé des progrès majeurs, prometteurs pour l'utilisation dans le calcul AI et la DRAM.

Une équipe de recherche sud-coréenne a réalisé une avancée révolutionnaire dans le domaine des semi-conducteurs, en développant avec succès un transistor en pérovskite de type p dont les performances et la stabilité sont considérablement améliorées. Cela pourrait résoudre le problème fondamental qui entrave depuis longtemps le développement de puces à haute performance et faible consommation, et ouvrir de nouvelles voies pour les dispositifs de mémoire de nouvelle génération, comme la DRAM verticalement empilée pour le calcul en IA.

Selon le rapport du quotidien sud-coréen The Herald de jeudi, l'équipe de recherche du professeur Noh Yong-young de l'Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH) a annoncé que le transistor en pérovskite de type p basé sur un film mince de césium-étain-iode (CsSnI₃) qu'elle a développé présente une mobilité des trous dépassant 50 cm²/V·s et un rapport de courant marche/arrêt supérieur à 100 millions (10⁸), atteignant le plus haut niveau mondial pour les transistors en pérovskite de type p. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue académique internationale de premier plan Nature.

L'avancée clé de cette étude réside dans la résolution du problème de stabilité à l'air auquel les semi-conducteurs en pérovskite à base d'étain étaient confrontés depuis longtemps : le nouveau dispositif peut fonctionner de manière stable dans l'air pendant plus de 4 heures, et maintenir ses performances initiales pendant plus d'un mois dans des conditions de vieillissement accéléré à 100 °C, alors que les dispositifs similaires précédents tombaient en panne en quelques minutes dans l'air.

L'équipe de recherche a indiqué que ce résultat accélérera le processus d'application pratique des transistors à film mince en pérovskite de type p dans les circuits intégrés, ce qui est important pour des domaines tels que la DRAM verticalement empilée pour le calcul en IA, les circuits de pilotage d'affichage de nouvelle génération et les appareils portables.

Transistors de type p : l'un des « dix grands défis futurs » dans le domaine des semi-conducteurs

Les transistors sont les éléments de base des puces, divisés en deux types : les transistors de type n qui transportent les électrons et les transistors de type p qui transportent les trous (les lacunes laissées après le départ des électrons). La réalisation de semi-conducteurs à haute performance et faible consommation dépend d'un équilibre des performances entre les deux types de transistors. Cependant, l'amélioration des performances des transistors de type p a toujours été extrêmement difficile, et a été classée par le Ministère des Sciences et des TIC de Corée comme l'un des « dix grands défis futurs dans le domaine des semi-conducteurs ».

Les matériaux pérovskites à base d'étain, en raison de leur transport aisé des trous et de performances comparables aux oxydes semi-conducteurs existants, ont longtemps été considérés comme des candidats pour résoudre ce défi. Cependant, leur plus grand défaut réside dans leur extrême sensibilité à l'air : les ions d'étain non réagis (Sn²⁺) restant à la surface du matériau s'oxydent rapidement au contact de l'air, générant un grand nombre de défauts qui entravent le flux de charges, entraînant une chute brutale des performances du semi-conducteur.

Stratégie de « reconstruction de surface volatile » pour résoudre le goulet d'étranglement de la stabilité

L'équipe de Noh Yong-young a proposé une solution appelée « reconstruction de surface volatile ».

Après application d'acétate de potassium (KAc) sur la surface du semi-conducteur CsSnI₃, les ions d'étain non réagis initialement responsables de la dégradation des performances sont convertis en un composé volatil, l'acétate d'étain (Sn(Ac)₂), qui s'évapore naturellement dans l'air. Après le départ des ions d'étain, de l'iodure de potassium (KI) se forme spontanément in situ, créant une « couche d'autodéfense » qui protège le semi-conducteur contre les agressions de l'environnement extérieur.

Ce procédé réduit considérablement la tension de seuil du dispositif, avec une mobilité des trous dépassant 50 cm²/V·s et un rapport de courant marche/arrêt supérieur à 10⁸. En termes de stabilité, le nouveau dispositif peut fonctionner en continu dans l'air pendant plus de 4 heures, et maintenir ses performances initiales pendant plus d'un mois dans des conditions de vieillissement accéléré à 100 °C, réalisant un saut qualitatif par rapport à la stabilité des dispositifs similaires précédents.

Perspectives d'application : mémoire IA, pilotage d'affichage et appareils portables

Le professeur Noh Yong-young a déclaré qu'il s'agit de la première publication mondiale de résultats sur les transistors à film mince en pérovskite de type p dans Nature, grâce au soutien continu de Samsung Display et du Ministère des Sciences et des TIC de Corée pendant six ans.

Il a souligné que cette étude a résolu le problème de faible stabilité de longue date des semi-conducteurs en pérovskite à base d'étain, ce qui favorisera l'établissement de la stabilité à long terme des transistors à film mince en pérovskite de type p et leur application dans les circuits intégrés. En termes d'orientation d'application, cette technologie pourrait devenir une base importante pour les technologies clés de l'industrie électronique future, telles que les dispositifs de mémoire DRAM verticalement empilée pour le calcul en IA, les circuits de pilotage d'affichage de nouvelle génération, les appareils portables et les dispositifs semi-conducteurs à haute intégration.

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